(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用器具において、
所定周波数で長手方向軸線に沿って振動を生み出すように構成された変換器と、
前記長手方向軸線に沿って延びる前記変換器に連結するように適合されたエンドエフェクターであって、近位端と、前記変換器によって生み出される前記振動によって前記長手方向軸線に沿って移動可能である遠位端と、を有する本体を備える、エンドエフェクターと、
前記変換器に連結されて、変調駆動信号を発生させる駆動モジュールと、を備え、
前記エンドエフェクターの前記遠位端が、前記変調駆動信号に応答して前記変換器によって生み出される前記振動に応答して移動可能であり、
前記変調駆動信号に応答して、前記エンドエフェクターの前記遠位端に接触している流体液滴粒子に対して前記変調駆動信号により制御された放射圧を付与するように、前記エンドエフェクターの前記遠位端が適合され、
前記駆動モジュールが、
電流セットポイント信号を受信する第１の入力及び変調波形を受信する第２の入力を備える、変調信号を発生する変調器と、
前記変調器に連結されて、前記変調信号を受信し、かつ前記変換器に連結された前記変調駆動信号を制御する電流制御ループであって、前記電流制御ループの応答周波数が変調周波数よりも大きく、前記変換器の変化を追跡するように選択される、電流制御ループと、を備える、外科用器具。
【請求項２】
前記変調波形が、
変調振幅（Ａｍ）成分及び変調周波数（ｆｍ）成分を含む、時間とともに変動する信号であり、
前記変調波形が、次の関係：
【数１】
0005687058.tif 000011
によって定義される、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項３】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分を含む、請求項２に記載の外科用器具。
【請求項４】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、請求項２に記載の外科用器具。
【請求項５】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分及び時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、請求項２に記載の外科用器具。
【請求項６】
前記駆動モジュールが、
相対位相信号を受信する第１の入力及び位相変調波形を受信する第２の入力を備える加算器を備え、前記加算器は位相変調信号を発生させ、
前記変調波形は、
位相変調（φｍ）成分及び変調周波数（ｆｍφ）成分を含む、位相とともに変動する信号であり、
前記変調波形は、次の関係：
【数２】
0005687058.tif 000012
によって定義される、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項７】
超音波信号発生器であって、
変換器に連結する変調駆動信号を発生する駆動モジュールを備え、前記変換器が、前記変調駆動信号に応答して前記変換器によって生み出される振動に応答して移動可能な遠位端を有するエンドエフェクターに連結され、
前記変調駆動信号に応答して、前記エンドエフェクターの前記遠位端が、前記エンドエフェクターの前記遠位端に接触している流体液滴粒子に対して前記変調駆動信号により制御された放射圧を付与するように適合され、
前記駆動モジュールが、
電流セットポイント信号を受信する第１の入力、及び変調波形を受信し変調信号を発生させる第２の入力を備える変調器と、
前記変調器に連結されて、前記変調信号を受信し、前記変換器に連結された前記変調駆動信号を制御する電流制御ループであって、前記電流制御ループの応答周波数が変調周波数よりも大きく、前記変換器の変化を追跡するように選択される、電流制御ループと、を備える、超音波信号発生器。
【請求項８】
前記変調波形が、
変調振幅（Ａｍ）成分と、変調周波数（ｆｍ）成分と、を含む、時間とともに変動する信号であり、
前記変調波形が、次の関係：
【数３】
0005687058.tif 000013
によって定義される、請求項７に記載の超音波信号発生器。
【請求項９】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分を含む、請求項８に記載の超音波信号発生器。
【請求項１０】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、請求項８に記載の超音波信号発生器。
【請求項１１】
前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分、及び時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、請求項８に記載の超音波信号発生器。
【請求項１２】
前記駆動モジュールが、
相対位相信号を受信する第１の入力及び位相変調波形を受信する第２の入力を備える加算器を備え、前記加算器は、位相変調信号を発生させ、
前記変調波形は、
位相変調（φｍ）成分及び変調周波数（ｆｍφ）成分、を含む、位相とともに変動する信号であり、
前記変調波形は、次の関係：
【数４】
0005687058.tif 000014
によって定義される、請求項７に記載の超音波信号発生器。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔背景技術〕
中空コアの器具及び中実コアの器具の両方を含む超音波器具は、多くの病状の安全かつ効率的な治療のために使用されている。超音波器具、特に中実コアの超音波器具は、超音波周波数で外科用エンドエフェクターに伝送される機械的振動の形態のエネルギーを使用して、組織を切断及び／又は凝結するのに使用することができるという理由で有利である。好適なエンドエフェクターを用いて好適なエネルギー量で有機組織に伝送される超音波振動は、組織を切断し、切開し、隆起させ、若しくは凝固させるか、又は筋肉組織を骨片から分離するのに使用することができる。中実コア技術の超音波器具は、超音波伝送導波路を介して超音波変換器から外科用エンドエフェクターに伝送することができる超音波エネルギーの量により、特に有利である。そのような器具は、内視鏡的若しくは腹腔鏡的処置など、エンドエフェクターがトロカールを通過して手術部位に到達する、開放型の処置又は低侵襲性処置に使用することができる。
【０００２】
そのような器具のエンドエフェクターを超音波周波数で起動又は励起することで、隣接した組織内に局部的な熱を発生させる長手方向の振動運動が誘発されて、切断及び凝固の両方が容易になる。超音波器具の性質により、特定の超音波で作動するエンドエフェクターを、例えば、切断、把持、及び凝結を含む多数の機能を行うように設計することができる。
【０００３】
超音波振動は、例えば、変換器を電気的に励起することによって、外科用エンドエフェクターにおいて誘発される。変換器は、器具のハンドピース内の１つ以上の圧電又は磁気歪素子で構築することができる。変換器部によって発生する振動は、変換器部から手術用エンドエフェクターまで延びる超音波導波路を通して外科用エンドエフェクターに伝送される。導波路及びエンドエフェクターは、変換器と同じ周波数で共振するように設計される。エンドエフェクターが変換器に取り付けられているとき、システム全体の周波数は変換器自体と同じ周波数であってもよい。
【０００４】
変換器及びエンドエフェクターは、２つの異なる周波数で共振するように設計されてもよく、また、接合又は連結されると、第３の周波数で共振してもよい。エンドエフェクターの先端ｄにおける長手方向の超音波振動のゼロからピークまでの振幅（zero-to-peak amplitude）は、次式のとおり、共振周波数における単純な正弦曲線として挙動する。
ｄ＝Ａ  ｓｉｎ（ωｔ）
式中、
ωは、周期的な周波数ｆの２π倍に等しい角振動数であり、
Ａは、ゼロからピークまでの振幅である。
長手方向可動域は、ピークからピークまでの（ｐ−ｔ−ｐ）振幅として規定され、正弦波の振幅のちょうど２倍、即ち２Ａである。
【０００５】
中実コアの超音波手術器具は、単一要素エンドエフェクターデバイスと複数要素エンドエフェクターの２つのタイプに分類することができる。単一要素エンドエフェクターデバイスは、メス（例えば、ブレード、鋭いフック状ブレード、切開用のフック状ブレード、湾曲したブレード）及びボールコアギュレータなどの器具を含む。単一要素エンドエフェクター器具は、組織が柔らかく、かつ緩く支持されているとき、ブレードから組織へ圧力を印加する能力が制限されている。超音波エネルギーを組織に効率的に連結するのに、相当な圧力が必要なことがある。単一要素エンドエフェクターが組織を把持できないことにより、超音波エネルギーを適用しながら組織表面を十分に癒合することは更に不可能であり、結果として、止血及び組織の接合は所望よりも悪くなる。把持コアギュレータなどの複数要素エンドエフェクターの使用は、それらの欠陥を克服することができる、組織を超音波ブレードに押し付けるメカニズムを含む。
【０００６】
超音波把持コアギュレータは、組織を、特に緩んで支持されていない組織を切断／凝固するための超音波外科用器具を改善し、超音波ブレードが、組織に対して圧縮力又は付勢力を適用するクランプと併せて用いられて、ブレードの動きの減衰をより少なくするとともに、より高速で組織の凝固及び切断を達成する。
【０００７】
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
エンドエフェクターの、より具体的にはブレードの遠位端は、組織を切り開くか、又は凝固させると、流体と接触する。流体は、潅注流体、血液、組織粒子、及び／又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。超音波作動式のエンドエフェクターの遠位端が流体に接触すると、流体粒子の発散する水柱の形態の微細な霧が、エンドエフェクターの遠位端から放散することがある。この霧の水柱は、一般に、手術部位の可視性を妨げることがあるので望ましくない。エンドエフェクターが超音波周波数のエネルギーで始動されたとき、その遠位端から放散する霧状の水柱が低減される、超音波器具を提供することが望ましい。
【０００８】
〔課題を解決するための手段〕
一実施形態では、外科用器具は、所定の周波数で長手方向軸線に沿って振動を生み出すように構成された変換器を備える。エンドエフェクターは、変換器に連結し、長手方向軸線に沿って延びるように適合される。エンドエフェクターは、近位端及び遠位端を有する本体を備える。遠位端は、変換器によって生み出される振動によって、長手方向軸線に対して移動可能である。駆動モジュールは、変換器に連結されて、変調駆動信号を発生する。エンドエフェクターの遠位端は、変調駆動信号に応答して変換器によって生み出される振動に応答して移動可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
様々な実施形態の新規な特徴は、添付の請求項において詳細に記載する。ただし、様々な実施形態は、編成及び動作方法の両方に関して、以下の説明を次のような添付図面と併せて参照することによって、最も良く理解することができる。
【図１Ａ】単一要素エンドエフェクターを備える超音波システムの一実施形態を示す図。
【図１Ｂ】複数要素エンドエフェクターを備える超音波システムの一実施形態を示す図。
【図２】超音波器具の接続継手／接合部の一実施形態を示す図。
【図３Ａ】図１Ａに示される超音波システムに連結されてもよい、単一要素エンドエフェクターの超音波外科用器具の一実施形態を示す分解斜視図。
【図３Ｂ】図１Ｂに示されるような複数要素エンドエフェクターを備えるクランプコアギュレータの一実施形態を示す図。
【図３Ｃ】図１Ｂ及び３Ｂに示されるような複数要素エンドエフェクターを示す斜視図。
【図４Ａ】超音波変換器を駆動する超音波変換器駆動モジュールの一実施形態を示す図。
【図４Ｂ】図４Ａに示される超音波変換器駆動モジュールの一実施形態によって発生する駆動信号を示す図。
【図５】ほぼ一定振幅「Ａ」及び一定周波数「ｆ」の駆動信号によって駆動される、超音波作動式のエンドエフェクターによって発生する霧状の水柱を示す図。
【図６Ａ】変調を伴う超音波変換器駆動モジュールの一実施形態を示す図。
【図６Ｂ】図６Ａに示される超音波変換器駆動モジュールの一実施形態によって発生する変調駆動信号を示す図。
【図７】図６Ａに示される変調を伴う超音波変換器駆動モジュールの一実施形態によって発生する変調駆動信号によって駆動される、エンドエフェクターの遠位端から放散する霧状の水柱を示す図。
【図８】位相変調を伴う超音波変換器駆動モジュールの一実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
様々な実施形態について詳細に説明する前に、実施形態は、その適用又は用途において、添付図面及び説明に示される部品の構造及び配列の詳細に限定されないことに留意すべきである。例示的な実施形態は、他の実施形態、変形物、及び修正物に導入又は組み込まれてもよく、様々な方法で実践又は実施されてもよい。例えば、以下に開示する外科用器具及びブレード構成は、単に例示のためのものであり、それらの範囲又は応用を限定することを意味しない。更に、特に指示しない限り、本明細書において用いられる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な実施形態を説明する目的で選択されているものであり、それらの範囲を限定するものではない。
【００１１】
１つの一般的な態様では、様々な実施形態は、超音波エンドエフェクターの遠位端における霧を低減するため、変調器回路を備えた外科用器具を対象とする。外科用器具は、所定の周波数で長手方向軸線に沿って振動を生み出すように構成された変換器を備えてもよい。超音波ブレードは、長手方向軸線に沿って延び、変換器に連結される。超音波ブレードは、近位端及び遠位端を有する本体を備える。遠位端は、変換器によって生み出される振動によって、長手方向に対して移動可能である。本体は、近位端から遠位端まで延びる治療領域を含む。本体は、変換器に連結するように適合された、近位端から突出する首部分を含む。変調器回路は、霧を緩和又は低減する駆動信号を発生させる。
【００１２】
様々な実施形態は、一般に、超音波作動式のエンドエフェクターから出る霧状の水柱を制御する超音波発生器及び／又は変調器回路に関連する。一実施形態では、超音波発生器及び／又は変調器回路は、ブレードなどの超音波作動式のエンドエフェクターの遠位端から放散する霧状の水柱を低減する、変調駆動信号を発生させる。変調駆動信号は霧状の水柱を低減し、手術中の手術部位の可視性を改善する。変調器回路は、駆動信号の振幅（例えば、電流若しくは電圧）、駆動信号の周波数、又はそれらの任意の組み合わせを変調するように構成されてもよい。エンドエフェクターに適用される変調駆動信号は、エンドエフェクターの遠位端に接触する流体液滴粒子が受ける放射圧を制御する。変調駆動信号は、エンドエフェクターの遠位端から様々な距離で、様々な相対速度で様々な霧状液滴を駆動する。霧状液滴間の相対運動の差によって、それらが衝突する機会が多くなり、結果として、霧状液滴が凝集又は球体化する。霧状液滴が特定のサイズまで凝集又は球体化すると、重力によって、より大きな霧状液滴が霧状の水柱から脱落する。したがって、霧状の水柱のサイズが低減され、手術部位の可視性が改善される。
【００１３】
超音波外科用器具の例が、米国特許第５，３２２，０５５号及び同第５，９５４，７３６号に開示されており、また、超音波ブレード及び外科用器具との組み合わせでは、例えば、米国特許第６，３０９，４００（Ｂ２）号、同第６，２７８，２１８（Ｂ１）号、同第６，２８３，９８１（Ｂ１）号、及び同第６，３２５，８１１（Ｂ１）号に開示されており、それらの全体を参照により本明細書に組み込む。これらの参考文献は、ブレードの長手方向モードが励起される、超音波外科用器具及びブレード構成を開示している。非対称性（単数又は複数）のため、これらのブレードは、横断及び／又は捩れ運動を示すことがあり、この非長手方向の運動の特性「波長」は、一般にブレード及びその延長部全体の長手方向の運動よりも少ない。したがって、非長手方向の運動の波形は、組織エフェクターに沿って横断／捩れ運動の節点位置を表し、動作中のブレードのその組織エフェクターに沿った相対的な運動は非ゼロである（即ち、組織エフェクター部分の近位側である長手方向の運動の第１の節点位置までの、少なくともその遠位端から延びる長さに沿った長手方向の運動、つまり長手方向のアンチノード運動を有するようになる）。
【００１４】
以下、本明細書に開示するデバイス及び方法の構造、機能、製造、並びに使用の原理の全体的な理解を提供するため、特定の実施形態について記載する。これらの実施形態の１つ以上の例を添付図面に示す。当業者であれば、本明細書に具体的に記載し、添付図面に示すデバイス及び方法は、非限定的な例示的実施形態であり、様々な実施形態の範囲は請求項によってのみ規定されることを理解するであろう。１つの例示的な実施形態に関連して示されるか述べられる特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。そのような修正及び変形は、請求項の範囲に含まれるものとする。
【００１５】
図１Ａは、単一要素エンドエフェクターを備える超音波システム１０の一実施形態を示す。超音波システム１０の一実施形態は、超音波変換器１４に連結された超音波信号発生器１２と、ハンドピースハウジング１６を備えるハンドピースアセンブリ６０と、超音波始動式の単一要素エンドエフェクター又は超音波始動式のブレード５０とを備える。「ランジュヴァンスタック」として知られている超音波変換器１４は、一般に、変換部１８と、第１の共振器部又はエンドベル２０と、第２の共振器部又はフォアベル２２と、補助部品とを含む。構造全体は共振器を形成する。超音波変換器１４の長さは、好ましくは、本明細書にて後述するように、２分の１波長の整数である（ｎλ／２、「ｎ」は任意の正の整数、例えば、ｎ＝１、２、３．．．）。音響アセンブリ２４は、超音波変換器１４と、ノーズコーン２６と、速度変成器２８と、表面３０とを含む。
【００１６】
用語「近位」及び「遠位」は、本明細書において、ハンドピースアセンブリ６０を臨床医が把持することに関して使用されることが理解されるであろう。したがって、ブレード５０は、より近位側のハンドピースアセンブリ６０に対して遠位側である。便利かつ明瞭にするため、「頂部」及び「底部」などの空間的用語も、本明細書において、ハンドピースアセンブリ６０を臨床医が把持することに関して使用されることが更に理解されるであろう。しかしながら、外科用器具は多くの向き及び位置で使用され、これらの用語は限定的かつ絶対的であることを意図しない。
【００１７】
エンドベル２０の遠位端は変換部１８の近位端に接続され、フォアベル２２の近位端は変換部１８の遠位端に接続される。フォアベル２２及びエンドベル２０は、変換部１８の厚さ、エンドベル２０及びフォアベル２２を製造するのに使用される材料の密度及び弾性率、並びに超音波変換器１４の共振周波数を含む、多数の変数によって決定される長さを有する。フォアベル２２は、速度変成器２８として超音波振動の振幅を増幅するため、近位端からその遠位端まで内向きに先細にしてもよく、あるいは、増幅を有さなくてもよい。好適な振動の周波数範囲は約２０Ｈｚ〜１２０ｋＨｚであってもよく、より好適な振動の周波数範囲は約３０〜１００ｋＨｚであってもよい。一例の動作振動周波数は約５５．５ｋＨｚであってもよい。
【００１８】
圧電素子３２は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、鉛メタニオブ酸塩、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、又は他の圧電セラミック材料など、任意の好適な材料から作製されてもよい。正電極３４、負電極３６、及び圧電素子３２はそれぞれ、中心を通って延びるボアを有する。正電極３４及び負電極３６はそれぞれ、ワイヤ３８及び４０に電気的に連結される。ワイヤ３８及び４０はケーブル４２内に封入され、超音波システム１０の超音波信号発生器１２に電気的に接続可能である。変調を伴う超音波変換器駆動モジュール６００は、超音波信号発生器１２内に位置してもよく、又はハンドピースアセンブリ６０内に位置してもよい。実施形態はこの文脈に限定されない。
【００１９】
音響アセンブリ２４の超音波変換器１４は、超音波信号発生器１２からの電気的信号を機械的エネルギーに変換し、それによって主として、超音波周波数における超音波変換器２４及びブレード５０の長手方向の振動運動の定常音波が得られる。好適な発生器は、オハイオ州シンシナティ（Cincinnati）にあるエチコン・エンド−サージェリー社（Ethicon Endo-Surgery, Inc.,）から、モデル番号ＧＥＮ０４として入手可能である。音響アセンブリ２４が通電されると、音響アセンブリ２４を介して振動運動の定常波が発生する。システムは、音響定常波パターンの振幅が生み出されるように、共振において動作するように設計される。音響アセンブリ２４に沿った任意の地点における振動運動の振幅は、振動が測定される音響アセンブリ２４に沿った位置に応じて変わる。振動運動の定常波における最小又はゼロの交差は、一般にノード（即ち、運動が最小の場合）と称され、定常波の絶対値最大又はピークは、一般にアンチノード（即ち、運動が最大の場合）と称される。アンチノードとそれに最も近いノードとの間の距離は４分の１波長（λ／４）である。
【００２０】
ワイヤ３８及び４０は、超音波信号発生器１２から正電極３４及び負電極３６に電気信号を伝送する。圧電素子３２は、音響アセンブリ２４において音響定常波を生み出すための、フットスイッチ４４又は他のアクチュエータなどの始動要素に応答して、超音波信号発生器１２から供給される電気信号によって通電される。電気信号は、圧電素子３２において、繰り返される小さな変位の形態の妨害を引き起こして、材料内に大きな交互の圧縮力と張力をもたらす。繰り返される小さな変位により、圧電素子３２は、電位傾度の軸線に沿って継続的に拡張及び収縮して、超音波エネルギーの長手方向の波を作り出す。超音波エネルギーは、超音波伝送導波路１０４を通して、音響アセンブリ２４を介してブレード５０に伝送される。
【００２１】
音響アセンブリ２４がブレード５０にエネルギーを送達するため、音響アセンブリ２４のすべての部品はブレード５０に音響的に連結されなければならない。超音波変換器１４の遠位端は、スタッド４８などのねじ込み接続によって、表面３０において超音波伝送導波路１０４の近位端に音響的に連結されてもよい。
【００２２】
音響アセンブリ２４の部品は、好ましくは、任意のアセンブリの長さが２分の１波長の整数（ｎλ／２）であるように音響的に調整され、その場合、波長λは、音響アセンブリ２４の予め選択された、又は作動中の長手方向振動の駆動周波数ｆｄの波長である。音響アセンブリ２４は、音響要素のあらゆる好適な配列も組み込んでもよいことが想到される。超音波始動式のブレード５０の長さは、２分の１波長の整数倍（ｎλ／２）にほぼ等しくてもよい。
【００２３】
超音波ブレード５０の遠位端５２は、遠位端の最大長手方向可動域をもたらすため、アンチノード付近に配置されてもよい。変換器アセンブリが通電されると、超音波ブレード５０の遠位端５２は、例えば、約１００〜５００マイクロメートルのピークからピークまでの範囲内で、好ましくは、例えば５５．５ｋＨｚの所定の振動周波数において、約３０〜１５０マイクロメートルの範囲内で移動するように構成されてもよい。
【００２４】
超音波ブレード５０は超音波伝送導波路１０４に連結されてもよい。例示されるような超音波ブレード５０及び超音波伝送導波路１０４は、例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（アルミニウム及びバナジウムを含むチタンの合金）、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の既知の材料など、超音波エネルギーの伝送に適した材料から、単一ユニット構造として形成される。あるいは、超音波ブレード５０は、超音波伝送導波路１０４から分離可能（かつ異なる組成のもの）であって、例えば、スタッド、溶接、接着剤、急速接続、又は他の好適な既知の方法によって連結されてもよい。超音波ブレード５０は、単一要素（例えば、メス若しくはボールコアギュレータ）又は複数要素（例えば、把握コアギュレータ）を備えてもよい。例えば、超音波伝送導波路１０４の長さは、２分の１システム波長の整数（ｎλ／２）にほぼ等しくてもよい。例えば、超音波伝送導波路１０４は、好ましくは、例えば、チタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）又はアルミニウム合金など、超音波エネルギーを効率的に伝搬する材料から構築された、中実コア軸から作製されてもよい。
【００２５】
超音波伝送導波路１０４は、任意の好適な取り付け手段によって超音波伝送導波路１０４の表面３０に連結する、長手方向に突出する近位端５４を備える。様々な実施形態では、超音波伝送導波路１０４の近位端５４は、スタッド、溶接、接着剤、急速接続、又は他の好適な既知の方法によって形成された、接続部／ユニオン継手によって表面３０に連結されてもよい。図１Ａに示される実施形態では、超音波伝送導波路１０４の近位端５４の近位端は、スタッド４８などのねじ込み接続によって表面３０に連結されてもよい。超音波伝送導波路１０４は、複数のノードに位置付けられた安定用のシリコーンリング又は従順な支持体５６を含む。シリコーンリング５６は、望ましくない振動を緩衝し、超音波エネルギーを取外し可能なシース５８から分離して、最大効率でブレード５０の遠位端５２への長手方向の超音波エネルギーのフローを確かにする。
【００２６】
図１Ａに示されるように、外側シース５８は、超音波伝送導波路１０４の超音波振動からユーザ及び患者を保護する。シース５８は、一般に、ハブ６２及び細長い管状部材６４を含む。管状部材６４はハブ６２に取り付けられ、そこを通って長手方向に延びる開口部を有する。シース５８は、ハウジング１６の遠位端上にねじ止めされる。超音波伝送導波路１０４は、管状部材６４の開口部を通って延び、シリコーンリング５６は超音波伝送導波路１０４を外側シース５８から分離する。外側シース５８は、アイソレータピン１１２を用いて超音波伝送導波路１０４に取り付けられる。超音波伝送導波路１０４の穴は、名目上、変位ノード付近に位置してもよい。超音波伝送導波路１０４は、スタッド４８を用いてハンドピースアセンブリ６０上にねじ止めされる。ハブ６２上に形成された平坦部によって、ハンドピースアセンブリ６０を所望のレベルまで捻ることが可能になる。
【００２７】
シース５８のハブ６２は、好ましくはプラスチックで構築され、管状部材６４はステンレス鋼から作成される。あるいは、超音波伝送導波路１０４は、それを外部接触から分離するため、それを取り囲むポリマー材料を有してもよい。
【００２８】
図１Ａに示される実施形態では、超音波伝送導波路１０４の遠位端は、単一の一個片として形成されたブレード５０を備える。他の実施形態では、ブレード５０の近位端は、好ましくはアンチノードで、又はその付近で内部でねじ込み接続することによって、超音波伝送導波路１０４の遠位端に分離可能に連結されてもよい。そのような実施形態では、ブレード５０は、溶接継手などの任意の好適な手段によって超音波伝送導波路１０４に取り付けられてもよいことが想到される。ただし、実施形態はこの文脈に限定されない。
【００２９】
図１Ｂは、複数要素エンドエフェクターを備える超音波システム１０００の一実施形態を示す。超音波システム１０００の一実施形態は、図１Ａを参照して記載した超音波変換器１４に連結された超音波発生器１２を備える。超音波変換器１４は、器具ハウジング１００４を備える圧締めされた凝固せん断器１００２に連結される。音響アセンブリ１８は、複数要素器具の複数要素エンドアセンブリ１００８のエンドエフェクター１０１６（図３Ｂ）にエネルギーを送達する。音響アセンブリ１８が複数要素エンドエフェクター又は複数要素エンドアセンブリ１００８にエネルギーを送達するため、音響アセンブリ１８のすべての部品は、圧締めされた凝固せん断器１００２の超音波作動部に音響的に連結されなければならない。したがって、超音波変換器１４の遠位端は、ねじ込み接続スタッド４８によって、超音波伝送導波路１０４の近位端に表面３０で音響的に連結されてもよい。
【００３０】
図１Ａに示される超音波システム１０を参照して上述したように、音響アセンブリ１８の部品は、好ましくは、任意のアセンブリの長さが２分の１波長の整数（ｎλ／２）であるように音響的に調整され、この場合、波長λは、音響アセンブリ１８の予め選択された、又は作動中の長手方向振動駆動周波数ｆｄの波長である。音響アセンブリ１８は、音響要素の任意の好適な配列を組み込んでもよい。
【００３１】
図２は、超音波器具の接続継手／接合部７０の一実施形態を示す。接続継手／接合部７０は、超音波伝送導波路１０４の近位端５４と、音響アセンブリ２４の遠位端における速度変成器２８の表面３０との間に形成されてもよい。超音波伝送導波路１０４の近位端５４の近位端は、ねじ山付きのスタッド４８の一部分を中に受け入れるため、雌ねじ山付きのほぼ円筒状の表面６６を備える。速度変成器２８の遠位端も、ねじ山付きスタッド４０の一部分を受け入れるため、雌ねじ山付きのほぼ円筒状の表面６８を備えてもよい。表面６６及び６８は、ほぼ円周方向かつ長手方向に見当合わせされる。
【００３２】
図３Ａは、単一要素エンドエフェクターの超音波外科用器具１００の一実施形態の分解斜視図を示す。超音波外科用器具１００は、図１Ａに示される超音波システム１０とともに用いられてもよい。しかしながら、本明細書に記載するように、当業者であれば、本明細書に開示する超音波外科用器具の様々な実施形態、並びにその任意の等価な構造は、恐らくは、その範囲から逸脱することなく、他の既知の超音波外科用器具とともに有効に使用することができることを理解するであろう。したがって、本明細書に開示する様々な超音波外科用ブレードの実施形態に与えられる保護は、上述の代表的な超音波外科用器具と併せての使用のみに限定すべきではない。
【００３３】
図３Ａに示される実施形態では、細長い伝送部品は超音波導波路１０４として示され、エンドエフェクターは、組織を切断及び／又は凝固するのに適した単一要素エンドエフェクター若しくはブレード５０として示される。ブレード５０は対称であっても非対称であってもよい。
【００３４】
ブレード５０の長さは、２分の１システム波長の整数倍（ｎλ／２）にほぼ等しくてもよい。ブレード５０の遠位端５２は、遠位端５２の最大長手方向可動域をもたらすため、アンチノード付近に配置されてもよい。変換器アセンブリが通電されると、ブレード５０の遠位端５２は、例えば、約１０〜５００マイクロメートルのピークからピークへの範囲内で、好ましくは、所定の振動周波数において約３０〜１５０マイクロメートルの範囲内で移動するように構成されてもよい。
【００３５】
ブレード５０は超音波伝送導波路１０４に連結されてもよい。図示されるようなブレード５０及び超音波伝送ガイド１０４は、例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（アルミニウム及びバナジウムを含むチタンの合金）、アルミニウム、ステンレス鋼、他の既知の材料、又はそれらの組み合わせなど、超音波エネルギーの伝送に適した材料による構造の単一ユニットとして形成される。あるいは、ブレード５０は超音波伝送導波路１０４から分離可能（かつ異なる組成のもの）であって、例えば、スタッド、溶接、接着剤、急速接続、又は他の好適な既知の方法によって連結されてもよい。例えば、超音波伝送導波路１０４の長さは、２分の１システム波長の整数（ｎλ／２）とほぼ等しくてもよい。例えば、超音波伝送導波路１０４はまた、好ましくは、例えば、チタン合金（例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）又はアルミニウム合金など、超音波エネルギーを効率的に伝搬する材料で構築された中実コア軸から作製されてもよい。超音波伝送導波路１０４はまた、同様の材料から構築された中空コア軸から作製されてもよい。超音波伝送導波路１０４はまた、組み合わせの中実／中空コア軸、例えば、軸の長さに沿った様々な位置に中空キャビティが位置付けられた中実コア軸で作製されてもよい。
【００３６】
図３Ａに示される実施形態では、超音波伝送導波路１０４は、取り付け用Ｏリング１０８及びシールリング１１０によって外側シース５８内で位置付けられる。他の実施形態では、１つ以上の追加のダンパー又は支持部材（図示なし）も、超音波伝送導波路１０４に沿って含まれてもよい。超音波伝送導波路１０４は、外側シース５８の取り付け穴１１４と、超音波伝送導波路１０４に形成された取り付け穴１１６とを貫通する取り付けピン１１２によって、外側シース５８に固着される。
【００３７】
図３Ｂは、図１Ｂに示されるような複数要素エンドエフェクターを備える、圧締めされた凝固せん断器１００２の一実施形態を示す。図３Ｃは、図１Ｂ及び３Ｂに示されるような複数要素エンドエフェクターの斜視図を示す。図１Ｂ、３Ｂ、及び３Ｃを参照すると、圧締めされた凝固せん断器１００２は、好ましくは、単位体として音響アセンブリ１８に取り付けられ、またそこから取り外されてもよい。圧締めされた凝固せん断器１００２の近位端は、好ましくは、音響アセンブリ１８の遠位面３０に音響的に連結する。圧締めされた凝固せん断器１００２は、任意の好適な手段によって音響アセンブリ１８に連結されてもよい。
【００３８】
圧締めされた凝固せん断器１００２は、好ましくは、器具ハウジング１００４及び細長い部材１００６を含む。細長い部材１００６は、器具ハウジング１００４に対して選択的に回転してもよい。器具ハウジング１００４は、旋回するハンドル部１０２８及び固定のハンドル部１０２９を含む。
【００３９】
割送りメカニズム（図示なし）が器具ハウジング１００４のキャビティ内に配置される。割送りメカニズムは、好ましくは、旋回するハンドル部１０２８の移動を内側チューブ１０１４の線形運動に転換して、複数要素エンドアセンブリ１００８を開閉するため、内側チューブ１０１４上に連結され、又は取り付けられる。旋回するハンドル部１０２８が固定ハンドル部１０２９に向かって移動すると、割送りメカニズムは、内側チューブ１０１４を後方に滑動させて、複数要素エンドアセンブリ１００８を閉止位置へと旋回させる。旋回するハンドル部１０２８が反対方向に移動すると、割送りメカニズムが滑動して内側チューブ１０１４を反対方向に、即ち前方に変位させ、その結果、複数要素エンドアセンブリ１００８が、図３Ｂに示されるように、矢印１０２０によって示される方向でその開放位置へと旋回する。
【００４０】
旋回するハンドル部１０２８は親指ループ１０３０を含む。図３Ｂに矢印１０３４によって示されるように旋回できるようにするため、旋回するハンドル部１０２８の第１の穴を介してピボットピン１０３２が配置される。旋回するハンドル部１０２８の親指ループ１０３０が、矢印１０３４の方向で器具ハウジング１００４から離れるように移動すると、内側チューブ１０１４は後方に滑動して、複数要素エンドアセンブリ１００８を閉止位置へと旋回させる。
【００４１】
圧締めされた凝固せん断器１００２の細長い部材１００６は、器具ハウジング１００４から延びる。細長い部材１００６は、好ましくは、外側部材又は外側チューブ１０１２と、内側部材又は内側チューブ１０１４と、伝送部品又は超音波伝送導波路１０４とを含む。
【００４２】
複数要素エンドエフェクター又は複数要素エンドクランプアームアセンブリ１００８は、クランプアームアセンブリ１０１８と、組織パッド１０３６と、超音波ブレード１０１６とを含む。クランプアームアセンブリ１０１８は、ピボットピン（図示なし）の周りで旋回するように取り付けられて、矢印１０３８によって示される方向で回転する。超音波ブレード１０１６は、ブレード本体内へと内向きに延びる先細の凹面１０４０を備える。
【００４３】
超音波外科用器具１００及び圧締めされた凝固せん断器１００２は、例えば、γ線滅菌、酸化エチレン（Ethelyne Oxide）プロセス、加圧減菌、滅菌流体への浸漬、又は他の既知のプロセスなど、当該技術分野において既知の方法によって滅菌してもよい。図１Ａ及び３Ａに示される実施形態では、外科用器具１００の超音波伝送アセンブリ１０２は、超音波伝送導波路１０４に連結された単一要素の超音波作動式エンドエフェクター又はブレード５０を含む。ブレード５０及び超音波伝送導波路１０４は、上記に検討した超音波エネルギーを伝送するのに適した材料（例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の既知の材料）による単一ユニットの構築物として示されている。あるいは、ブレード５０は超音波伝送導波路１０４から分離可能（かつ異なる組成のもの）であって、例えば、スタッド、溶接、接着剤、急速接続、又は他の既知の方法によって連結されてもよい。図１Ｂ及び３Ｂに示される実施形態では、圧締めされた凝固せん断器１００２の超音波伝送アセンブリ１０２４は、超音波伝送導波路１０４に連結された複数要素エンドアセンブリ１００８を含む。例えば、超音波伝送導波路１０４の長さは、２分の１システム波長の整数（ｎλ／２）とほぼ等しくてもよい。超音波伝送導波路１０４は、好ましくは、例えば、チタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）又はアルミニウム合金など、超音波エネルギーを効率的に伝搬する材料から構築された中実コア軸から作製されてもよい。
【００４４】
図４Ａは、超音波変換器１４を駆動する超音波変換器駆動モジュール４００の一実施形態を示す。超音波変換器駆動モジュール４００の一実施形態によって発生した駆動信号４０４を図４Ｂに示す。図４Ａ、Ｂを参照すると、超音波変換器駆動モジュール４００は超音波信号発生器１２の部品であってもよい。超音波変換器駆動モジュール４００の電流制御ループ４０２は、変換器１４に連結される駆動信号４０４の変調を制御する。制御ループ４０２は、０°で電流（ｉ）及び電圧（ｖ）が抵抗負荷に降下する位相同期ループ（ＰＬＬ）、即ち変換器１４である。駆動信号４０４は、変換器１４の振動の振幅を変動させ、結果としてブレード５０の遠位端５２の長手方向可動域を変動させる。電流制御ループ４０２の加算器モジュール４０６は、加算機能を行い、電流測定モジュール４１２によって測定される変換器１４に送達される電流４１０（例えば、二乗平均、即ちＲＭＳ）と、電流セットポイントモジュール４１６によって設定される所望のセットポイント電流４１４との間の差を表すエラー信号４０８を発生する。コントローラ４１８は、エラー信号４０８を監視して、増幅器４２０への入力電圧４１９を増減させる。増幅器４２０は、エラー信号４０８を駆動してゼロにするように、駆動信号４０４の電圧を増減させる。
【００４５】
変調がない場合、超音波変換器駆動モジュール４００によって発生する駆動信号４０４は、ほぼ一定の振幅「Ａ」を有する。制御ループ４０２は、約０〜１００％の選択された電力レベルに基づいて、駆動電流４１０の振幅「Ａ」を定電流に維持する（例えば、オハイオ州シンシナティ（Cincinnati）にあるエチコン・エンド−サージェリー社（Ethicon Endo-Surgery, Inc.）製のＧＥＮ０４）。したがって、ブレード先端に組織が「大量に保持された」ときであっても、ブレード５０の遠位端５２の速度はほぼ一定に維持され、そのため、放射圧は一定のままである。同様に、ブレード５０の遠位端５２が高温になるにつれて周波数「ｆ」がわずかに減少することがあるものの、周波数「ｆ」は比較的一定のままである。これは、液滴粒子６０２のサイズ「ｄ」も一定のままであることを意味する。したがって、霧状液滴粒子は、ほぼ同じ放射圧及び音圧と、同じ空気力学及び流体力学的抗力を受ける。したがって、液滴は同じ運動で移動し、衝突及び合体することはほとんどない。
【００４６】
図５は、ほぼ一定の振幅「Ａ」及び一定の周波数「ｆ」の駆動信号によって駆動される超音波作動式のエンドエフェクターによって発生する霧状の水柱５００を示す。上述したように、超音波外科用器具１００のブレード５０の遠位端５２が流体と接触しているとき、微細な霧状の水柱５００がブレード５０の遠位端５２から放散する。霧状の水柱５００は、ほぼ一定の速度５０３で移動している個々の比較的均一な液滴粒子５０２で形成される。霧状の水柱５００は、最も対象となる区域における、外科医に対する視界の明瞭さを制限する。超音波ブレード５０が組織を凝固させ横切開するために始動されると、霧状の水柱５００が発生する。したがって、霧状の水柱５００はまさにその部位で生み出される。霧状の水柱５００は、ブレード５０の遠位端５２において振動幅を減少させることによって低減されてもよい。しかしながら、これは、霧状の水柱５００を排除せず、様々な用途においてより大きい振幅が必要になることがある。したがって、霧状の水柱５００の排除する必要性は、超音波外科用エンドエフェクター５０においては依然として満たされていない。
【００４７】
従来の超音波駆動信号によって駆動されると、超音波ブレード５０は、図５に示されるものに類似した形状を有する霧状の水柱５００を作り出す。霧状の水柱５００の形状は、超音波駆動信号を変化させて、霧状の水柱５００を形成する液滴粒子５０２の凝集の形成を達成することによって変化してもよい。凝集とは、湿気、静電荷、又は化学的若しくは機械的結合による、液滴粒子５０２が小さな塊に付着することである。液滴粒子５０２の凝集は、より小さな液滴粒子５０２が衝突又は接触し、合体してより大きく重い粒子になることによって、液滴粒子５０２の沈殿が起こるプロセスである。過去（１９５０年代頃）に行われた研究は、超音波エネルギーを使用する凝集プロセスによって、空港の滑走路の曇りを取り除くための技術的な実現可能性を示している。そのような大規模システムの実際の実践は、プロセスの実践に必要な大電力要件並びに超音波サイレンの数及びサイズによって妨げられてきたと考えられる。粒子凝集の原理に従って、超音波変換器駆動モジュール４００は、超音波ブレード５０の遠位端５２から放散する霧状の水柱５００を軽減する超音波エネルギーを生み出すように構成されてもよい。
【００４８】
超音波ブレード５０の遠位端５２は、超音波信号発生器１２によって始動されると放射圧を生み出す。放射圧は、材料の非線形性による気体及び液体中の超音波振動によって生じる静水圧である。理想的な気体におけるこの放射圧は、＜Ｅ＞として示されてもよい媒体中の平均エネルギーに応じて変わる。平均エネルギー＜Ｅ＞は、遠位媒体中の速度の二乗に比例する。放射圧Ｐｒ及び＜Ｅ＞に対する関係は、次のように式（１）、（２）、及び（３）に公式的に表されてもよい。
【数１】
0005687058.tif 000002
【００４９】
霧状の水柱５００を形成する液滴粒子５０２のサイズは、次の物理的挙動モデルに従って規定されてもよい。霧の発生（即ち、流体の霧化）の基礎となる物理学はかなり複雑であるが、ほとんどのレジームにおいては、流体液滴の平均径「ｄ」は式（４）に従って公式的に定義されてもよい。
【数２】
0005687058.tif 000003
式中、Ｔは表面張力、ρ０は流体（又は液体）の密度、「ｆ」は振動周波数である。式（４）に従って、液滴粒子径「ｄ」は周波数「ｆ」の２／３乗に反比例する。つまり、周波数「ｆ」が増加すると、液滴粒子５０２のサイズ「ｄ」は減少する。上述の式（４）によって得られる平均サイズのあたりに液滴サイズの分布が存在する。しかしながら、分布は比較的緊密な分布なので、分布における液滴粒子５０２のサイズ「ｄ」はほぼ均一である。
【００５０】
霧状の水柱５００における液滴粒子５０２のサイズは、大幅な範囲全体にわたって分布し、潜在的に層別化される。超音波駆動ブレード５０などの振動源によって発生するフィールドによって、霧状の水柱５００に高周波の音波が当てられると、異なるサイズの液滴粒子が振動フィールドに対して異なるように応答する。液滴粒子５０２は、液滴粒子５０２を衝突させ、場合によっては合体させる空気力学及び流体力学的抗力の観点で、振動フィールドにおけるそれらの位置及びサイズにより、異なる速度及び異なる方向で移動する。あるレベルでは、液滴粒子５０２の増加したサイズは、重力がより大きいため、より重い液滴粒子を「脱落」させるのに十分である。
【００５１】
図６Ａは、変調を伴う超音波変換器駆動モジュール６００の一実施形態を示す。超音波変換器駆動モジュール６００の一実施形態によって発生した変調駆動信号６０４を図６Ｂに示す。図６Ａ、Ｂを参照すると、超音波変換器駆動モジュール６００は、超音波信号発生器１２の一実施形態の部品であってもよい。超音波変換器駆動モジュール６００の電流制御ループ４０２は、変換器１４に連結された駆動信号６０４の変調を制御する。超音波変換器駆動モジュール６００は、駆動信号６０４を発生し、合計の「ＲＭＳ」電流４１０を変換器１４に送達する。負荷が増加すると、電流制御ループ４０２は駆動信号６０４の電圧を増加させる。変換器１４を駆動する駆動信号６０４は振幅「Ａ」の正弦曲線のままであり、電流制御ループ４０２は、ＲＭＳ電流を、セットポイントモジュール４１６によって設定された電流セットポイント信号４１４に等しく維持する。
【００５２】
変調波形６０６（図６Ｂにも、変調駆動信号６０４に重ね合わせた仮想線で示される）は、変調器６０８によって電流セットポイント信号４１４上に変調される。変調波形６０６「Ｓｍ」は、次式：
【数３】
0005687058.tif 000004
で表されてもよい。
【００５３】
変調波形６０６「Ｓｍ」は、振幅変調成分「Ａｍ」及び変調周波数成分「ｆｍ」を含む。図６Ａに示される実施形態では、変換器１４を駆動する正弦曲線の駆動信号６０４は変動する振幅正弦波信号である。ゆっくり変動する振幅成分は、変調器６０８による正弦曲線の駆動信号６０４上に印加される。変調器６０８からの変調信号６１０は、加算器モジュール４０６の１つの入力部に供給される。制御ループ４０２により、ＲＭＳ電流は、セットポイント電流４１４成分及び変調波形６０６成分で形成される変調信号６１０に等しくなる。制御ループ４０２の周波数応答は、負荷（例えば、変換器１４）の変化を追跡するように選択されてもよく、変調周波数「ｆｍ」よりも大きいものであるべきである。
【００５４】
駆動信号６０４に適用される変調波形６０６は、変換器１４の振動を、従ってブレード５０の長手方向可動域を変調する。変調波形６０６の形状は、ブレード５０の遠位端５２から放散する霧状の水柱５００を形成する液滴粒子５０２の相対運動に影響を及ぼす。駆動信号６０４に適用される変調波形６０６は、電流セットポイントモジュール４１６によって適用されるセットポイント電流４１４をゆっくり変動するため、ゆっくり変動する交流電流（ＡＣ）信号の形態をとってもよい。変調波形６０６の周波数は、超音波変換器１４の共振周波数「ｆ」よりもはるかに低く、また電流制御ループ４０２に関連する時間定数よりも遅いように選択されてもよい。制御ループ４０２に関して、変調波形６０６は、補正を必要とするエラー信号としてではなく、電流セットポイントモジュール４１６によって発生する、変動するセットポイント信号として展開すべきである。一実施形態では、変調波形６０６は正弦曲線の信号の形態をとってもよい。しかしながら、他の実施形態では、変調波形６０６は、鋸歯波、若しくは方形波の形態、又は任意の好適な波形をとってもよい。
【００５５】
変調波形６０６の形状は、一定振幅「Ａ」及び一定周波数「ｆ」の変調を伴わない駆動信号４０４によって発生する、霧状の水柱５００を形成する液滴粒子５０２間の相対運動に影響する。変調波形が駆動信号４０４に適用されないとき、液滴粒子５０２はサイズがほぼ均一である。液滴粒子５０２は、本質的に同じ放射圧で、したがって同じ相対速度もしくは相対運動でブレード５０の遠位端５２から放散するので、サイズがほぼ均一である。高い波高因子を有する変調波形は、霧状の水柱５００の液滴粒子５０２の相対運動において、異なる、かつより顕著な結果を生み出すことがある。しかしながら、異なるタイプの変調波形はより高い周波数成分を有することがあり、そのことが制御ループ４０２の動作と干渉することがあるので、トレードオフが存在する。
【００５６】
図７は、図６Ａに示される変調を伴う超音波変換器駆動モジュール６００の一実施形態によって発生する、変調駆動信号６０４によって駆動されたブレード５０の遠位端５２から放散する霧状の水柱７０を示す。霧状の水柱７００は、ブレード５０の遠位端５２に付与される変調駆動信号４０４、６０４が有する、液滴粒子７０２ａ〜ｎ（ｎは、霧状の水柱７００の液滴粒子の総数を表す整数）に対する影響を示す。便利かつ明瞭にするために示されるように、液滴粒子７０２ａ〜ｎのサイズは変動し、変調を伴わずに霧状の水柱５００（図５）を形成する液滴粒子５０２のようにサイズがほぼ均一ではない。ここで、液滴粒子７０２ａ〜ｎは、駆動信号６０４の変調の影響により、７０３ａ〜ｎとして示される異なる速度の放射圧によって押し出されているので、サイズがそれほど均一ではない。したがって、駆動信号４０４、６０４に適用される変調を伴って、液滴粒子７０２ａ〜ｎは非均一な運動を有し、それにより、個々の液滴粒子７０２ａ〜ｎが衝突し合体し、結果として、個々の異なる速度７０３ｂ及び７０３ｃで移動するより大きい液滴粒子７０２ｂ及び７０２ｃを形成することが可能になっている。液滴粒子７０２ａ〜ｎのサイズが成長するにつれて、重力が支配するようになり、重力７０５の影響を受けてより大きい液滴粒子７０２ｃは霧状の水柱７００から落下する。
【００５７】
放射力の低減は、「低減された」霧の発生の主な原因となる。例えば、他の超音波器具に比べて７０％低い振幅で動作する超音波器具の場合、放射圧は他の超音波器具のほぼ２分の１である。より低い放射圧は、半分の力で流体液滴を押し出す。したがって、霧状の水柱は実質的に体積がより小さいものとなる。周波数「ｆ」は設計によって公称値５５．５ｋＨｚに固定されており、ブレード５０（例えば、ブレード）が高温になるにつれて、わずかしか減少しないので、そのようなシステムによって生み出される液滴粒子５０２のサイズ「ｄ」は、すべてのエンドエフェクター５０（例えば、ブレード）に関して同じであるはずである。
【００５８】
一実施形態では、超音波変換器駆動モジュール６００は、変調波形６０６を用いて駆動信号６０４を変調することによって、霧状の水柱５００（図５）を軽減し、かつ霧状の水柱７００（図７）を発生させるように駆動信号６０４を修正する。これは、電流駆動信号６０４を変調して、駆動信号６０４の振幅「Ａ」、駆動信号６０４の周波数「ｆ」、又はそれらの任意の組み合わせのいずれかを変調することを含んでもよい。一実施形態では、超音波変換器駆動モジュール６００は、ブレード５０の遠位端５２において放射圧を変動させるので、遠位端５２から異なる距離の液滴粒子７０２ａ〜ｎが異なる相対速度で遠位端５２から外に移動する。液滴粒子７０２ａ〜ｎの間の相対運動によって、衝突及び合体の機会が多くなる。より多数の液滴粒子７０２ａ〜ｎが合体すると、液滴粒子５０２サイズの範囲が拡大して、より多くの衝突とより大きい液滴、例えば７０２ｂ及び７０２ｃとが生じる。ある液滴粒子７０２ｃのサイズでは、重力が支配して、大きい液滴粒子７０２ｃを霧状の水柱から脱落させる。
【００５９】
一実施形態では、超音波変換器駆動モジュール６００はまた、ブレード５０の遠位端５２によって生み出される液滴粒子７０２ａ〜ｎのサイズを変動させるのに用いられてもよい。したがって、一実施形態では、液滴粒子７０２ａ〜ｎのサイズは、振幅「Ａ」ではなく変調周波数「ｆｍ」のみに（所与の流体に対して）に依存する。したがって、液滴粒子５０２のサイズは変調周波数「ｆｍ」に従って変動してもよい。超音波外科用器具１００が高「Ｑ」のデバイスであるとすると、変調周波数「ｆｍ」は数ヘルツのみ変動されてもよい。低い負荷サイクルで短い期間だけ別の共振でシステムを意図的に駆動することが可能なことがある。しかしながら、この技術は非実用的なことがあり、他の望ましくない影響に結び付くことがある。それでもなお、この特徴は他の実施形態に組み込まれ、本明細書に添付される請求項の範囲の一部と見なすべきである。
【００６０】
図８は、位相変調を伴う超音波変換器駆動モジュール８００の一実施形態を示す。位相変調駆動信号８２８は変換器１４を駆動するのに用いられる。モジュール８００は、超音波信号発生器１２の一実施形態の部品であってもよい。電圧測定モジュール８０４は、変換器１４の両端間の電圧を測定し、位相φｖの電圧測定信号８０８を位相検出器８１２に供給する。電流測定モジュール８０６は、変換器１４を通る電流を測定し、位相φｉの電流測定信号８１０を位相検出器８１２に供給する。位相検出器８１２は、電圧測定信号８０８と電流測定信号８１０との間の位相差を決定し、位相差に比例する相対位相信号８１４を供給する。変換器１４は一般に有効電力で駆動されるので、相対位相信号８１４は名目上約ゼロだけ変動する。位相セットポイントモジュール８２４は、名目上のセットポイントの周辺で、典型的にはゼロ位相で変調駆動信号８２８の位相を変動させる、位相変調波形８１６「Ｓｍ」を発生させる。位相変調波形８１６及び相対位相信号８１４は、加算器モジュール４０６の入力側に供給される。加算器モジュール４０６は、加算機能を行い、位相変調波形８１６と相対位相信号８１４との間の差に比例するエラー信号８１８を発生させる。コントローラ８２０はエラー信号８１８を監視し、周波数制御信号８３０を信号発生器８２２に供給する。信号発生器８２２は、公称周波数を有する正弦曲線の駆動信号８２６を発生させる。周波数制御信号８３０は、エラー信号８１８に比例して正弦曲線の駆動信号８２６の周波数を調節する。変換器１４を駆動する位相変調駆動信号８２８を生み出すため、正弦曲線の駆動信号８２６は電力増幅器４２０によって増幅される。
【００６１】
デジタルの実践例では、様々な信号間の相対位相差を決定するのではなく、モジュールは、十分に確立されているデジタル信号処理技術に従って様々なデジタル信号間のタイミングの相対差を決定する。例えば、電圧測定モジュール８０４及び電流測定モジュール８０６がデジタルモジュールを用いて実践されるとき、位相検出器８１２を好適なデジタル回路モジュールに置き換えて、各信号成分間の相対的な時間遅延又は時間差を決定してもよい。同様に、周波数制御信号８３０を発生させる代わりに、デジタルドメインでは、コントローラ８２０は駆動信号発生器８２２のクロック又はタイミングを調節する。
【００６２】
位相変調波形８１６「Ｓｍφ」は次式：
【数４】
0005687058.tif 000005
で表されてもよい。
【００６３】
位相変調波形８１６「Ｓｍφ」は、変調位相成分「φｍ」及び変調周波数成分「ｆｍφ」を含む。上述したように、変換器１４は一般に有効電力で駆動されるので、位相変調波形８１６「Ｓｍφ」は約「０」だけ変動し、したがって、名目上、電圧測定信号８０８と電流測定信号８１０との間には、位相セットポイントモジュール８２４によって投入される位相（又は周波数）の変動以外の位相差は存在しない。図８に示される実施形態では、正弦曲線の駆動信号８２６が電力増幅器４２０によって増幅されて、位相変調波形８１６の位相又は周波数が変動する駆動信号８２８が生み出される。このようにして、ゆっくり変動する位相又は周波数成分は正弦曲線の駆動信号８２８に印加される。比較的軽い組織負荷の下では、周波数変動は数ヘルツ程度のことがある。比較的重い組織負荷の下では、低Ｑにより、周波数変動は数十ヘルツ程度のことがある。位相又は周波数の変化は比較的小さい。式（４）によれば、液滴粒子サイズ「ｄ」は周波数「ｆ」の２／３乗に反比例する（例えば、ｆ２／３）。したがって、周波数「ｆ」が増加すると、液滴粒子サイズ「ｄ」は減少する。上述の式（４）によって得られる平均サイズのあたりに液滴サイズの分布が存在する。しかしながら、分布は比較的緊密な分布なので、分布における液滴粒子のサイズ「ｄ」はほぼ均一である。正弦曲線の駆動信号８２６に投入される位相又は周波数の変動により、位相変調駆動信号８２８によって駆動される超音波ブレード５０は、流体液滴に作用して、霧状の水柱７００（図７）に示されるような非同一の粒子サイズを生み出す。非同一の液滴サイズは、流体液滴粒子７０２ａ〜ｎが合体し、重力７０５の影響下で霧状の水柱７００から脱落する助けとなる。
【００６４】
本明細書に開示されるデバイスは、１回使用後に廃棄するように設計することができ、又は複数回使用されるように設計することができる。ただし、いずれの場合も、デバイスは、少なくとも１回の使用後に再使用のため再調整することができる。再調整は、デバイスの分解ステップ、それに続く特定の個片の洗浄又は交換ステップ、及びその後の再組立てステップの任意の組み合わせを含むことができる。特に、デバイスは分解することができ、デバイスの任意の数の特定の個片又は部品を、任意の組み合わせで選択的に交換又は除去することができる。特定の部品を洗浄及び／又は交換すると、デバイスは、再調整設備において、あるいは外科的処置の直前に手術チームによって、後で使用するために再組立てすることができる。当業者であれば、デバイスの再調整は、分解、洗浄／交換、及び再組立ての様々な技術を利用できることを理解するであろう。そのような技術の使用、及び結果として得られる再調整されたデバイスはすべて、本出願の範囲内にある。
【００６５】
好ましくは、本明細書に記載する様々な実施形態は、手術前に処理される。最初に、新しい又は使用済みの器具を得て、必要であれば洗浄する。次に器具を滅菌することができる。１つの滅菌技術では、器具は、プラスチック又はＴＹＶＥＫ（登録商標）の袋など、閉止され、密閉された容器に入れる。次に、容器及び器具を、γ線、Ｘ線、又は高エネルギー電子など、容器を透過することができる放射のフィールド内に置く。放射線は、器具上及び容器内のバクテリアを殺す。次に、滅菌済みの器具を滅菌容器に格納することができる。密閉された容器は、医療施設において開かれるまで器具を無菌に保つ。
【００６６】
デバイスが滅菌されることが好ましい。これは、β線又はγ線、酸化エチレン、蒸気を含む、当業者には既知のあらゆるやり方によって行うことができる。
【００６７】
様々な実施形態を本明細書に記載してきたが、それらの実施形態に対する多数の修正及び変形が実践されてもよい。例えば、異なるタイプのエンドエフェクターが用いられてもよい。それに加えて、記載した実施形態の組み合わせが使用されてもよい。例えば、エンドエフェクターは、「恐血性」材料でコーティングされた凹面のブレード先端を備えるように適合されてもよい。上述の説明及び以下の請求項は、そのような修正及び変形をすべて包含するものとする。
【００６８】
本明細書に参照により組み込むと述べたあらゆる特許、出版物、又は他の開示資料は、組み込まれる資料が、本開示に記載した既存の定義、記述、又は他の開示資料と矛盾しない範囲においてのみ、全体的若しくは部分的に本明細書に組み込む。そのため、また必要な範囲内において、本明細書に明示的に記載した開示は、参照により本明細書に組み込むあらゆる矛盾する資料にとって代わる。本明細書に参照により組み込むと述べた、ただし、本明細書に記載した既存の定義、記述、又は他の開示資料と矛盾する、あらゆる資料又はその一部は、組み込まれる資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない範囲においてのみ組み込むものとする。
【００６９】
〔実施態様〕
（１）  外科用器具において、
所定周波数で長手方向軸線に沿って振動を生み出すように構成された変換器と、
前記長手方向軸線に沿って延びる前記変換器に連結するように適合されたエンドエフェクターであって、近位端と、前記変換器によって生み出される前記振動によって前記長手方向軸線に対して移動可能である遠位端と、を有する本体を備える、エンドエフェクターと、
前記変換器に連結されて、変調駆動信号を発生させる駆動モジュールと、を備え、
前記エンドエフェクターの前記遠位端が、前記変調駆動信号に応答して前記変換器によって生み出される前記振動に応答して移動可能である、外科用器具。
（２）  実施態様１に記載の外科用器具であって、前記駆動モジュールが、
電流セットポイント信号を受信する第１の入力及び変調波形を受信する第２の入力を備える、変調信号を発生する変調器と、
前記変調器に連結されて、前記変調信号を受信し、かつ前記変換器に連結された前記変調駆動信号を制御する電流制御ループと、を備える、外科用器具。
（３）  前記変調波形が、
変調振幅（Ａｍ）成分及び変調周波数（ｆｍ）成分を含む、時間とともに変動する信号であり、
前記変調波形が、次の関係：
【数５】
0005687058.tif 000006
によって定義される、実施態様２に記載の外科用器具。
（４）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分を含む、実施態様３に記載の外科用器具。
（５）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、実施態様３に記載の外科用器具。
（６）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分及び時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、実施態様３に記載の外科用器具。
（７）  前記変調駆動信号に応答して、前記エンドエフェクターの前記遠位端に接触している流体液滴粒子に対して前記変調駆動信号に比例する放射圧を付与するように、前記エンドエフェクターの前記遠位端が適合された、実施態様１に記載の外科用器具。
（８）  前記駆動モジュールが、
相対位相信号を受信する第１の入力及び位相変調波形を受信する第２の入力を備える加算器を備え、前記加算器は位相変調信号を発生させ、
前記変調波形は、
位相変調（φｍ）成分及び変調周波数（ｆｍφ）成分を含む、位相とともに変動する信号であり、
前記変調波形は、次の関係：
【数６】
0005687058.tif 000007
によって定義される、実施態様１に記載の外科用器具。
（９）  実施態様１に記載の外科用器具を得ることと、
前記外科用器具を滅菌することと、
前記外科用器具を滅菌容器に格納することと、を含む、方法。
（１０）  超音波信号発生器であって、
変換器に連結する変調駆動信号を発生する駆動モジュールを備え、前記変換器が、前記変調駆動信号に応答して前記変換器によって生み出される振動に応答して移動可能な遠位端を有するエンドエフェクターに連結される、超音波信号発生器。
【００７０】
（１１）  前記駆動モジュールが、
電流セットポイント信号を受信する第１の入力、及び変調波形を受信し変調信号を発生させる第２の入力を備える変調器と、
前記変調器に連結されて、前記変調信号を受信し、前記変換器に連結された前記変調駆動信号を制御する電流制御ループと、を備える、実施態様１０に記載の超音波発生器。
（１２）  前記変調波形が、
変調振幅（Ａｍ）成分と、変調周波数（ｆｍ）成分と、を含む、時間とともに変動する信号であり、
前記変調波形が、次の関係：
【数７】
0005687058.tif 000008
によって定義される、実施態様１１に記載の超音波発生器。
（１３）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分を含む、実施態様１２に記載の超音波発生器。
（１４）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、実施態様１２に記載の超音波発生器。
（１５）  前記変調波形が、時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分、及び時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む、実施態様１２に記載の超音波発生器。
（１６）  前記変調駆動信号に応答して、前記エンドエフェクターの前記遠位端が、前記エンドエフェクターの前記遠位端に接触している流体液滴粒子に対して前記変調駆動信号に比例する放射圧を付与するように適合された、実施態様１０に記載の超音波発生器。
（１７）  前記駆動モジュールが、
相対位相信号を受信する第１の入力及び位相変調波形を受信する第２の入力を備える加算器を備え、前記加算器は、位相変調信号を発生させ、
前記変調波形は、
位相変調（φｍ）成分及び変調周波数（ｆｍφ）成分、を含む、位相とともに変動する信号であり、
前記変調波形は、次の関係：
【数８】
0005687058.tif 000009
によって定義される、実施態様１０に記載の超音波発生器。
（１８）  駆動モジュールを用いて変調駆動信号を発生させることと、
遠位端を有するエンドエフェクターに連結された変換器に、前記変調駆動信号を連結することと、を含み、
前記遠位端が、前記変調駆動信号に応答して前記変換器によって生み出される振動に応答して移動可能である、方法。
（１９）  変調器の第１の入力において電流セットポイント信号を受信することと、
前記変調器の第２の入力において変調波形を受信することと、
前記変調波形を用いて前記電流セットポイント信号を変調することによって変調信号を発生させることと、
前記変調信号を電流制御ループと連結して、前記変換器に連結された前記変調駆動信号を制御することと、を含む、実施態様１８に記載の方法。
（２０）  変調振幅（Ａｍ）成分及び変調周波数（ｆｍ）成分を含む変調波形を受信することを含み、前記変調波形が、次の関係：
【数９】
0005687058.tif 000010
によって定義される、実施態様１９に記載の方法。
【００７１】
（２１）  時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分を含む変調波形を受信することを含む、実施態様１９に記載の方法。
（２２）  時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む変調波形を受信することを含む、実施態様１９に記載の方法。
（２３）  時間とともに変動する変調振幅（Ａｍ）成分及び時間とともに変動する変調周波数（ｆｍ）成分を含む変調波形を受信することを含む、実施態様１９に記載の方法。
（２４）  前記変調駆動信号に応答して、前記エンドエフェクターの前記遠位端に接触している流体液滴粒子に対して前記変調駆動信号に比例する放射圧を付与することを含む、実施態様１８に記載の方法。
【図１Ａ】
0005687058.tif 000015
【図１Ｂ】
0005687058.tif 000016
【図２】
0005687058.tif 000017
【図３Ａ】
0005687058.tif 000018
【図３Ｂ】
0005687058.tif 000019
【図３Ｃ】
0005687058.tif 000020
【図４Ａ】
0005687058.tif 000021
【図４Ｂ】
0005687058.tif 000022
【図５】
0005687058.tif 000023
【図６Ａ】
0005687058.tif 000024
【図６Ｂ】
0005687058.tif 000025
【図７】
0005687058.tif 000026
【図８】
0005687058.tif 000027